TWI385393B - 電流量測模組及應用此電流量測模組之電流量測方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種電流量測模組及一種應用此電流量測模組之電流量測方法,尤指一種無須額外設置一電流量測元件(如霍爾元件),即可應用原在電路中做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻直接量測出電路中之電流的電流量測模組以及應用此電流量測模組的電流量測方法。
在以往,欲量測一電路中之電流數值均需要額外設置一電流量測元件,如一霍爾元件或一微小電阻。如此,不僅量測程序複雜,而且由於增加了一個電流量測元件於電路中,電路中的電流數值便會受到程度不一的影響。因此,應用習知電流量測模組或習知電流量測方法所得到的電流數值往往與原本的數值有所差距,即有量測誤差的產生。另一方面,金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)雖然已被廣泛地應用在電路中,但僅做為電子開關之用。而且,任何熟悉電子學的人士都瞭解,金屬氧化物半導體場效應電晶體在處於導通狀態時,本身即具有一導通電阻。
因此,業界需要一種無須額外設置一電流量測元件(如霍爾元件),即可應用原在電路中做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻直接量測出電路中之電流的電流量測模組以及應用此電流量測模組的電流量測方法。
本發明之主要目的係在提供一種電流量測模組,俾能無須額外設置一電流量測元件(如霍爾元件),即可應用原在電路中做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻直接量測出電路中之電流。
本發明之另一目的係在提供一種電流量測方法,俾能無須額外設置一電流量測元件(如霍爾元件),即可應用原在電路中做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻直接量測出電路中之電流。
為達成上述目的,本發明之電流量測模組,包括:一金屬氧化物半導體場效應電晶體,此金屬氧化物半導體場效應電晶體具有一源極、一閘極及一汲極;一負載,此負載的一端係與此源極電性連接;以及一微控制器,此微控制器係分別與此源極、此閘極及此汲極電性連接;其中,此微控制器係依據下式計算出一通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
:
式中之RDS_ON
係為此金屬氧化物半導體場效應電晶體之導通電阻,VDS
係為此汲極與此源極之間的電位差,△R則為一電阻修正值。
為達成上述目的,本發明之電流量測方法係包括下列步驟:提供一電流量測模組,此電流量測模組包含一金屬氧化物半導體場效應電晶體、一負載以及一微控制器,此金屬氧化物半導體場效應電晶體具有一源極、一閘極及一汲極,且負載的一端係與此源極電性連接,此微控制器則分別與此源極、此閘極及此汲極電性連接;此微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態;以及此微控制器依據下式計算出一通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
:
其中,式中之RDS_ON
係為此金屬氧化物半導體場效應電晶體之導通電阻,VDS
係為此汲極與此源極之間的電位差,△R則為一電阻修正值。
因此,由於本發明之電流量測模組之金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以一具有此金屬氧化物半導體場效應電晶體以及本發明之電流量測模組的電路無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),即可直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
的數值)。
另一方面,由於本發明之電流量測方法之步驟A所提供之電流量測模組之金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以本發明之電流量測方法無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),其即可直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流的數值)。除此之外,由於本發明之電流量測方法可僅在需要進行電流量測時,才藉由其步驟A所提供之電流量測模組的微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態並進行計算通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
之數值的程序。所以,本發明之電流量測方法可在無需進行電流量測時,關閉此金屬氧化物半導體場效應電晶體,以節省能源。
如圖1所示,本發明一實施例之電流量測模組,包括:一金屬氧化物半導體場效應電晶體11、一負載12以及一微控制器13。其中,此金屬氧化物半導體場效應電晶體11具有一源極S、一閘極G及一汲極D,此負載12的一端係與此源極S電性連接,此負載12的另一端則接地。此外,此控制器13係分別與此源極S、此閘極G及此汲極D電性連接,且此控制器13係依據下式(式1)計算出一通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流的ID
數值:
其中,式1中的RDS_ON
係為此金屬氧化物半導體場效應電晶體11之導通電阻,VDS
係為此汲極D與此源極S之間的電位差,△R則為一電阻修正值。
在如圖1所示,由於微控制器13係與此閘極G電性連接以控制金屬氧化物半導體場效應電晶體11之運作狀態(開啟或關閉)。在本實施例中,導通電阻RDS_ON
及電阻修正值△R的數值均可由此金屬氧化物半導體場效應電晶體11的特性表(Data sheet)中查得。另一方面,此電阻修正值△R係與此金屬氧化物半導體場效應電晶體11的溫度T以及此通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體11之電流ID
的數值範圍有關(意即,大電流狀態時之△R的數值係不同於微電流狀態時之△R的數值)。
因此,由於此金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以一具有此金屬氧化物半導體場效應電晶體的電路無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),即可直接應用原本做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體11所具之導通電阻RDS_ON
直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
的數值)。
如圖2所示,本發明另一實施例之電流量測模組,包括:一金屬氧化物半導體場效應電晶體21、一負載22、一微控制器23以及一放大器24。其中,此金屬氧化物半導體場效應電晶體21具有一源極S、一閘極G及一汲極D,此負載22的一端係與此源極S電性連接,此負載22的另一端則接地。此外,放大器24具有二輸入端In 1,In 2、一輸出端Out、一電源端Vcc以及一接地端Gnd,此二輸入端In 1,In 2係分別與此汲極D及此源極S電性連接,此輸出端Out則與此微控制器23電性連接。在本實施例中,由於此微控制器23具有一類比數位轉換器ADC,所以前述之輸出端Out係與此微控制器23之類比數位轉換器ADC電性連接。
在如圖2所示,微控制器23係與放大器24之電源端Vcc開關控制電性連接,以控制是否提供放大器24電源。除此之外,此控制器23亦與此閘極G電性連接,以控制金屬氧化物半導體場效應電晶體21之運作狀態(開啟或關閉)。
在本實施例中,微控制器23係依據下式(式2)計算出一通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流的ID
數值:
其中,式2中的RDS_ON
係為此金屬氧化物半導體場效應電晶體21之導通電阻,△R係為一電阻修正值,A係為此放大器24的放大值,VO
則為此放大器24的輸出電壓。
在本實施例中,導通電阻RDS_ON
及電阻修正值△R的數值均可由此金屬氧化物半導體場效應電晶體21的特性表(Data sheet)中查得。另一方面,此電阻修正值△R係與此金屬氧化物半導體場效應電晶體21的溫度T以及此通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體21之電流ID
的數值範圍有關(意即,大電流狀態時之△R的數值係不同於微電流狀態時之△R的數值)。除此之外,微控制器23可依據欲量測之電流ID
的數值適當地調整放大器24的放大值A,以正確量測電流ID
的數值。
因此,由於此金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以一具有此金屬氧化物半導體場效應電晶體的電路無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),即可直接應用原本做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻RDS_PN
直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
的數值)。而且,由於具有一放大器,本發明另一實施例之電流量測模組更適合於微小電流的量測。
如圖3所示,本發明又一實施例之電流量測方法係包括下列步驟:
步驟A:提供一電流量測模組,此電流量測模組包含一金屬氧化物半導體場效應電晶體、一負載以及一微控制器,此金屬氧化物半導體場效應電晶體具有一源極、一閘極及一汲極,且負載的一端係與此源極電性連接,此微控制器則分別與此源極、此閘極及此汲極電性連接;
步驟B:此微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態;以及
步驟C:此微控制器依據下式計算出一通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
:
其中,式3中之RDSON
係為此金屬氧化物半導體場效應電晶體之導通電阻,VDS
係為此汲極與此源極之間的電位差,△R則為一電阻修正值。
此外,由於前述之步驟A所提供的電流量測模組即為本發明一實施例之電流量測模組,所以此電流量測模組的組成及運作方式在此便不再贅述。
另一方面,在執行完步驟C後,前述之步驟A所提供的電流量測模組的微控制器便輸出一關閉訊號,使得金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一關閉狀態,以節省能源。
因此,由於步驟A所提供之電流量測模組之金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以本發明又一實施例之電流量測方法無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),其即可直接應用原本做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻RDS_ON
直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流的數值)。
除此之外,由於本發明又一實施例之電流量測方法可僅在需要進行電流量測時,才藉由步驟A所提供之電流量測模組的微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態並進行計算通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
之數值的程序。所以,本發明又一實施例之電流量測方法可在無需進行電流量測時關閉此金屬氧化物半導體場效應電晶體,以節省能源。
如圖4所示,本發明再一實施例之電流量測方法係包括下列步驟:
步驟A:提供一電流量測模組,此電流量測模組包含一金屬氧化物半導體場效應電晶體、一負載、一微控制器以及一放大器,此金屬氧化物半導體場效應電晶體具有一源極、一閘極及一汲極,且負載的一端係與此源極電性連接,此放大器具有二輸入端、一輸出端、一電源端及一接地端,此二輸入端分別與此汲極及此源極電性連接,此微控制器則分別此閘極、此輸出端及此電源端電性連接;
步驟B:此微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態;以及
步驟C:此微控制器依據下式計算出一通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
:
其中,式4中之RDS_ON
係為此金屬氧化物半導體場效應電晶體之導通電阻,△R係為一電阻修正值,A係為此放大器24的放大值,VO
則為此放大器的輸出電壓。
此外,由於前述之步驟A所提供的電流量測模組即為本發明另一實施例之電流量測模組,所以此電流量測模組的組成及運作方式在此便不再贅述。
另一方面,在執行完步驟B後,前述之步驟A所提供的電流量測模組的微控制器控制提供電源至放大器之電源端,以控制是否供給放大器電源。而在執行完步驟C後,步驟A所提供的電流量測模組的微控制器便輸出一關閉訊號,使得金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一關閉狀態。於此同時,步驟A所提供的電流量測模組的微控制器並控制停止提供電源至該放大器,以節省能源。
因此,由於步驟A所提供之電流量測模組之金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以本發明再一實施例之電流量測方法無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),其即可直接應用原本做為電子開關之用的金屬氧化物半導體場效應電晶體所具之導通電阻RDS_ON
直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流的數值)。而且,由於步驟A所提供之電流量測模組具有一放大器,所以此電流量測模組更適合於微小電流的量測。此外,由於本發明再一實施例之電流量測方法可僅在需要進行電流量測時,才藉由步驟A所提供之電流量測模組的微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態並輸出電源至放大器之電源端,隨後才進行計算通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
之數值的程序。所以,本發明再一實施例之電流量測方法可在無需進行電流量測時關閉此金屬氧化物半導體場效應電晶體並停止輸出電源至放大器之電源端,以節省能源。
綜上所述,由於本發明之電流量測模組之金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以一具有此金屬氧化物半導體場效應電晶體以及本發明之電流量測模組的電路無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),即可直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
的數值)。
另一方面,由於本發明之電流量測方法之步驟A所提供之電流量測模組之金屬氧化物半導體場效應電晶體本身即具有一導通電阻RDS_ON
,所以本發明之電流量測方法無須額外設置任何電流量測元件(如一霍爾元件),其即可直接量測出電路中之電流(即通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流的數值)。除此之外,由於本發明之電流量測方法可僅在需要進行電流量測時,才藉由其步驟A所提供之電流量測模組的微控制器輸出一開啟訊號,使得此金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態並進行計算通過此金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID
之數值的程序。所以,本發明之電流量測方法可在無需進行電流量測時關閉此金屬氧化物半導體場效應電晶體,以節省能源。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已,本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限於上述實施例。
11、21...金屬氧化物半導體場效應電晶體
12、22...負載
13、23...微控制器
24...放大器
S...源極
G...閘極
D...汲極
In 1,In 2...輸入端
Out...輸出端
Vcc...電源端
Gnd...接地端
ADC...類比數位轉換器
圖1係本發明一實施例之電流量測模組的示意圖。
圖2係本發明另一實施例之電流量測模組的示意圖。
圖3係本發明又一實施例之電流量測方法的示意圖。
圖4係本發明再一實施例之電流量測方法的示意圖。
11...金屬氧化物半導體場效應電晶體
12...負載
13...微控制器
S...源極
G...閘極
D...汲極
Claims (17)
- 一種電流量測模組,包括:一金屬氧化物半導體場效應電晶體,該金屬氧化物半導體場效應電晶體具有一源極、一閘極及一汲極;一負載,該負載的一端係與該源極電性連接;以及一微控制器,該微控制器係分別與該源極、該閘極及該汲極電性連接;其中,該微控制器係依據下式計算出一通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID :
- 如申請專利範圍第1項所述之電流量測模組,更包括一放大器,且該放大器之二輸入端係分別與該汲極及該源極電性連接,該放大器之輸出端則與該微控制器電性連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之電流量測模組,其中該微控制器更包括一類比數位轉換器,且該放大器之輸出端係與該類比數位轉換器電性連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之電流量測模組,其中該放大器之電源開關控制係與該微控制器電性連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之電流量測模組,其中該放大器具有一放大值A,且該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 、該金屬氧化物半導體場效應電晶體之導通電阻RDS_ON 、該汲極與該源極之間的電位差VDS 、該電阻修正值△R及該放大器之輸出電壓VO 之間的關係為:
- 如申請專利範圍第5項所述之電流量測模組,其中該微控制器依據該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 的數值調整該放大器之放大值A。
- 如申請專利範圍第1項所述之電流量測模組,其中該電阻修正值△R係與該金屬氧化物半導體場效應電晶體之溫度以及該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 的數值有關。
- 一種電流量測方法,係包括下列步驟:提供一電流量測模組,該電流量測模組包含一金屬氧化物半導體場效應電晶體、一負載以及一微控制器,該金屬氧化物半導體場效應電晶體具有一源極、一閘極及一汲極,且負載的一端係與該源極電性連接,該微控制器則分別與該源極、該閘極及該汲極電性連接;該微控制器輸出一開啟訊號,使得該金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一導通狀態;以及該微控制器依據下式計算出一通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID :
- 如申請專利範圍第8項所述之電流量測方法,其中該電流量測模組更包括一放大器,且該放大器之二輸入端係分別與該汲極及該源極電性連接,該放大器之輸出端則與該微控制器電性連接。
- 如申請專利範圍第9項所述之電流量測方法,其中該微控制器更包括一類比數位轉換器,且該放大器之輸出端係與該類比數位轉換器電性連接。
- 如申請專利範圍第9項所述之電流量測方法,其中該放大器之電源開關控制係與該微控制器電性連接。
- 如申請專利範圍第9項所述之電流量測方法,其中該放大器具有一放大值A,且該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 、該金屬氧化物半導體場效應電晶體之導通電阻RDS_ON 、該汲極與該源極之間的電位差VDS 、該電阻修正值△R及該放大器之輸出電壓VO 之間的關係為:
- 如申請專利範圍第12項所述之電流量測方法,其中該微控制器依據該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 的數值調整該放大器之放大值A。
- 如申請專利範圍第8項所述之電流量測方法,其中該電阻修正值△R係與該金屬氧化物半導體場效應電晶體之溫度以及該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 的數值有關。
- 如申請專利範圍第11項所述之電流量測方法,其中該微控制器於輸出該開啟訊號後,提供電源至該放大器之電源端。
- 如申請專利範圍第8項所述之電流量測方法,其中該微控制器於計算出該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 後,該微控制器輸出一關閉訊號,使得該金屬氧化物半導體場效應電晶體處於一關閉狀態。
- 如申請專利範圍第11項所述之電流量測方法,其中該微控制器於計算出該通過該金屬氧化物半導體場效應電晶體之電流ID 後,控制停止提供電源至該放大器。
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TW97146391A TWI385393B (zh) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | 電流量測模組及應用此電流量測模組之電流量測方法 |
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TW200840187A (en) * | 2006-11-30 | 2008-10-01 | Fairchild Semiconductor | Current sensing in a power converter |
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2008
- 2008-11-28 TW TW97146391A patent/TWI385393B/zh not_active IP Right Cessation
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